Eparameter

⎪⎭

⎪⎬

⎫

⎪⎩

⎪⎨

⎧

Δ + Δ

⋅ Δ +

⋅

− Δ

= ₋

− +

−

− n n

n k j i n n

k j i n n

k j

i t t

T t T

T t

J ₁

1 , , 1

, , 1 ,

1 3 , 3

)

α

( (3-7)

⎪⎭

⎪⎬

⎫

⎪⎩

⎪⎨

⎧

Δ + Δ

⋅ Δ +

⋅

− Δ

= ₋

− +

−

+ n n

n k j i n n

k j i n n

k j

i t t

T t T

T t

J ₁

1 , , 1

, , 1 ,

1 4 , 4

)

α

( (3-8)

⎪⎭

⎪⎬

⎫

⎪⎩

⎪⎨

⎧

Δ + Δ

⋅ Δ +

⋅

− Δ

= ₋

− +

−

− n n

n k j i n n

k j i n n

k j

i t t

T t T

T t

J ₁

1 , , 1

, , 1 1

, 5 , 5

)

α

( (3-9)

⎪⎭

⎪⎬

⎫

⎪⎩

⎪⎨

⎧

Δ + Δ

⋅ Δ +

⋅

− Δ

= ₋

− +

−

+ n n

n k j i n n

k j i n n

k j

i t t

T t T

T t

J ₁

1 , , 1

, , 1 1

, 6 , 6

)

α

( (3-10)

ここで, i, j, kはメッシュ番号で

1 1

Δ

+

Δ

− Δ

=

i k j

X Z Y

α D

(3-11)

i k j

X Z Y D

Δ Δ

− Δ

=

α

2 (3-12)

1 3

Δ

+

Δ

− Δ

=

j k i

Y Z X

α D

(3-13)

j k i

Y Z X D

Δ Δ

− Δ

=

α

4 (3-14)

k j i

Z Y X D

Δ Δ

− Δ

=

α

5 (3-15)

1 6

Δ

+

Δ

− Δ

=

k j i

Z Y X

α D

(3-16)

である.

次に結晶化に対してはJohnson-Mehl-Avrami^3-6)の式(3-17)(3-18)を使用した.

) ) ( exp(

1 )

(t_c b t_c ⁿ

R = − − ⋅ (3-17)

)) /(

0

exp( E R T

b

b = ⋅ −

_a

⋅

(3-18)

n c

a

g T ure passin r temperat

:time afte ure t

T:temperat

n energy :activatio

E

この二つの過程を内部エネルギーの蓄積と放出として統一的に扱えるものとする.

各計算点では, 温度Tと反応分率(結晶化率)R(tc)をデータとして持つ. ここで, R(tc)は R(tc)=1：結晶状態

R(tc)<1：非晶質状態

とする. 内部エネルギーHはH0：潜熱, ρ：密度として

ρ

⋅

⋅

−

= ( 1 R ( t )) H

₀

H

_c (3-19)

である.

実際の計算では, 3次元非定常熱伝導方程式とJohnson-Mehl-Avramiの式を交互に計算 する. つまり

① 反応分率を計算

) ( )

1(

1

c n c

n t R t

R

rⁿ = −

Δ ^{+ +} で

0< Rⁿ(tc)<1.0 のとき

t dt

t

r dR

^c

n

n

= Δ

Δ

⁺₁

( )

(3-20)

Rⁿ(tc)＝1.0 のとき Δrⁿ⁺¹ =0 (3-21)

Rⁿ(tc)=0 のとき Rⁿ⁺¹(t_c)=1−exp(−(b⋅t_c)ⁿ) (3-22)

0 . 1 )

( _c +Δ ⁿ⁺¹ ≥

n t r

R のとき ΔRⁿ⁺¹(t_c)=1.0−Rⁿ(t_c) (3-23) 0

. 1 )

( _c +Δ ⁿ⁺¹ <

n t r

R のとき ΔRⁿ⁺¹(t_c)=Δrⁿ⁺¹ (3-24)

② 内部エネルギー変化量を計算

Δt=tn+1-tnの間に放出されるエネルギーΔHは,

1 0

Δ +

⋅

⋅

=

ΔH H

ρ

Rⁿ (3-25)

③ 内部エネルギー変化量から発熱への寄与を計算

n n

t Q H

Δ

= Δ (3-26)

④ 式(3-3)に③で計算した値を付加した次の熱伝導方程式を解く.

V Q V Q J J J J J t J

T

C T

^{n n}

n n

+ + + + + + +

− Δ =

⋅ −

⋅

⁺

(

_{1 2 3 4 5 6}

)

ρ

1 (3-27)

ここで, 熱計算を行い, 再度①に戻る.

Q

ⁿ

V

はレーザによる発熱，

Q

ⁿ

V

は内部エネルギー 変化からの発熱への寄与分である．

3-2-2 記録層の結晶化速度によるマーク形状計算

今回作製した膜の構造を図3-5に示す. 全体として7層構造を持った多層膜である．

記録膜の結晶化速度を検討するために，3章2-1節に示した計算を行った．

相変化記録材料は図3-6に示すように大きく二つの結晶形態に分かれる．グループ1と記 載されている部分とグループ2と記載されている部分である. グループ1は結晶核生成型の GeSbTe系で, グループ2は結晶成長タイプのSbTe系でAgやIn, Geを添加したタイプで ある. グループ 1 において化学量論組成である Ge2Sb2Te5を●で記した．グループ 1 の

GeSbTe 系材料で結晶化速度を更に速くするには，図中線上を矢印方向へ組成を変えれば，

結晶化速度は速くなる．一方，結晶化速度が速くなると，元素の流動が大きくなり，書き 換え回数が少なくなる，クラックが発生する，結晶化速度が速すぎて非晶質マークの先頭 が再結晶化して消えてしまう，といった様々な問題が起きる．

そこで，結晶化速度の検討として 3 次元非定常熱伝導方程式及び Johnson-Mehl-Avrami の結晶化の式を用いて計算した．

図3-5 Ge-Sb-Te記録媒体の断面構成図 反射層

吸収率調整層 上部保護層

下部保護層 上部界面層

下部界面層 Ge-Sb-Te 記録層

レーザ照射

表3-1 主な記録媒体の物性値3-10,3-11),3-12)

Specific Heat (Recording Layer) 2.09 × 10

²

J/(K ･ kg) Specific Heat (Reflect Layer) 5.15 × 10

²

J/(K ･ kg)

Specific Heat (Protect Layer) 5.62 × 10

²

J/(K ･ kg) Thermal conductivity (Recording Layer) 3.78 × 10

²

J/(m ･ K ･ s) Thermal conductivity (Reflect Layer) 2.15 × 10

²

J/(m ･ K ･ s) Thermal conductivity (Protect Layer) 4.27 × 10

²

J/(m ･ K ･ s) Density (Recording Layer) 6.15 × 10

³

kg/m

³

Density (Reflect Layer) 2.75 × 10

³

kg/m

³

Density (Protect Layer) 3.65 × 10

³

kg/m

³

このときの計算に用いた物性値を表3-1に示す．

結晶成長定数は3章2-1 節(3-18)式で表されるので, 結晶成長速度によるマーク形状を計 算するため^3-7), 活性化エネルギー(Ea)を1.72 eV, 1.47 eV, 1.32 eVと変化させた. また, 1, 7RLL(Run Length Limited)変調符号方式のマークとスペース(デジタル信号の“1”と“0”に あたる)の長さは2Tw(Twはチャネルクロックの1周期時間)から8Twまでに制限されており, その2Twマークはレーザドライバの立ち上がり時間等の制約から, 1回のパルス発光で記録 している. 今回の計算も同様の発光波形とし, 2Twマーク, 2Twスペース, 2Twマークという 記録をする場合の計算を行った. この時の使用したビームプロファイル及び発光波形をそ

れぞれ図3-7, 3-8に示す．レーザビームプロファイルは波長405 nmのガウスビームとし，

1回の発光で最短マーク2Twを記録するような波形とした．

図3-6 Ge, Sb, Teの3元素による組成ダイアグラム3-7)3-8)3-9)

高速化

0 10 20 30 40 50 Time (ns)

Irradiation level (a.u.)

図 3-8 シミュレーションに使用したレー

ザの発光波形

図 3-7 シミュレーションに使用したレー

ザビームプロファイル

405 nm(1/e²) 405 nm(1/e²)

表3-2 実験装置の特性の詳細

Laser wavelength (nm) 635 or 405 NA of objective lens 0.65 RIM intensity of laser beam 0.73 Bandwidth of amplifier (MHz) 80 Rising time of laser diode (ns) 0.8 Maximum revolution of spindle (rpm) 12000

3-2-3 メディアテスタの作製及び媒体評価法

媒体の評価にあたって 2head のディスク実験装置を作製した.

この概要図を図3-9に示す．二つ のヘッドは 180 度対向して設置 してあり, それぞれ独立にコン トロールが可能である. この二 つのヘッドは共に 405 nm の波 長の青紫色レーザと 0.65 の高 NA の対物レンズを使用してい

る. 記録信号100 Mbpsのデータは変調部で1,7 RLL(Run Length Limited)変調に変調され 記録信号となる．この記録信号が歪みなく記録媒体に記録できるようにレーザ発光制御を 行い，記録マークを形成する．

一方，読み出し時には，記録よりはるかに弱い光(0.5 mW～1.0 mW)を記録媒体に照射し，

記録媒体から反射した光を光検出器で検出し，プレアンプで電流信号から電圧信号へ変換 する．再生した信号は光学系のMTF(Modulation Transfer Function)や雑音等により符号 間干渉が大きい状態となっているため，PRML(Partial Response Maximum Likelihood) により再生等価を行う．この信号をさらに1,7 RLLのデコードを行い，記録信号と比較す ることにより，誤り率が測定できる．

また，高速・大容量が可能なように, 高速回転可能なエアスピンドルモータ, 広帯域, 低 雑音アンプ, 高速レーザドライバ, 更にビームプロファイルのRim intensity(対物レンズの ひとみの縁での強度)を上げている. これらの詳細を表3-2に示す.

作製した実験装置では，評価パラメータとしてジッタ値による媒体の特性評価や伝送特性 評価, ランダムデータの誤り率測定までが可能となっている．ジッタ値は，図 3-10に示す ような測定した何千，何万のマークの時間分布の標準偏差σを基準クロック時間 Twで割っ た値(σ/Tw×100 %)であり，ジッタ値と誤り率には相関があるので，媒体の評価として簡便 に測定が可能な指標である．

RLL(1,7) encoding Random data

100Mbps 2channel Laser driver

Preamplifier PRML

RLL(1,7) decoding

Recording part

Reading part

Head 1

Head 2

Error rate measurement

図3-9 試作システムのブロックダイアグラム

基準クロック位置

度数(a. u. )

時間 (a. u. )

標準偏差σ

図3-10 測定マークの時間分布と基準クロック

ドキュメント内 波長多重方式による光メモリーの 大容量化に関する研究 (ページ 67-74)